脱硝喷氨自动控制策略分析及优化

工业技术92 2015年42期脱硝系统喷氨自动调节系统控制策略优化刘长旭大唐辽源发电厂，吉林辽源 136200摘要：在所有新增并投运的烟气脱销机组中新建机组占大多数，但SCR技改项目比例显著增加，从2010年16%的增加至201137.7%年的。

《“十二五”主要污染物总量减排目标责任书》要求年完成的脱销装机容量为6800万千瓦。

但据中国电力企业联合会统计，2012年前10个月国内火电脱销招标为7800万千瓦，预计全年总量约为1亿千瓦，累计脱确机组投运量2亿千瓦左右，未来仍有5亿千瓦左右的存量火电机组需安装脱销装置。

关键词：脱硝系统；喷氨自动调节系统；控制优化中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)42-0092-021 喷氨混合优化研究重要性工艺设计的关键是实现烟气中氣氧化物和还原剂氨的均勻混合。

若催化剖入口氨氮麼尔比不一致，将会导致还原剂氣体积分数低的区域氮氧化物反应不足，降低催化剂的脱销效率；还原刻氨体积分数高的区域供给过量，氨逃逸增多，未反应的氨随烟气从反应器出口进入下游的空气预热器，在空气预热器的低温段与烟气中的三氧化琉反应生成琉酸氢铵，统酸氢铵具有极强的吸附性，会造成大量灰分沉降在金属表面和卡在层间，引起堵塞，增大烟气流动压降，降低空气预热器的换热性能。

梳酸氢按本身对金属具有极强的腐蚀性，会使空气预热器的使用寿命缩短，与此同时，进入环境的氣会造成二次污染。

烟气和还原剂氨的均勻混合可提高脱确效率，减少催化剖预装量，延长催化剂更替周期，降低投资和运行管理成本，对于火电厂节能减排意义重大。

烟气和还原刻氨的混合主要靠喷氨混合装置来完成，氨空气混合物在烟气的自然端流或静态混合器的扰流作用下实现均句混合。

喷氨装置的喷嘴直径、喷氣角度、喷射速度、连接管上的喷嘴分布、初装喷嘴数量、防磨挡板的结构和布置，混合装置的叶型设计、叶片数目、叶片尺寸、叶片角度和空间布局，均需针对每个烟气脱销项目的烟气参数和烟道特点进行设计和优化。

SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化针对某电厂660MW超临界机组在脱硝系统投运时喷氨自动不能正常投入,无法准确控制脱硝出口NOx排放浓度的问题,分析了喷氨自动控制的影响因素,对现有喷氨自动控制采取移位选取不当的烟气自动监控系统（CEMS）取样测点、调整自动吹扫/标定时间及每路进氨支管手阀的开度等开展优化,优化控制系统逻辑：主调控制回路不再修正摩尔比,副调控制回路在得到喷氨流量后加上人员手动偏置量,优化后脱硝喷氨自动调节可以长时间正常投入,出口NOx排放浓度满足了环保达标排放要求。

某电厂2×660MW超临界燃煤机组，为满足大气污染物环保排放要求，先后对2台机组实施了脱硝改造，采用选择性催化复原(SCR)法开展脱硝，控制系统采用可编程逻辑控制器(PLC)控制，接入辅网开展操作调整。

2台机组脱硝系统在投入运行的过程中，由于PLC实现复杂自动控制的局限性，加之现场设备及脱硝喷氨自动控制设计的不完善，导致喷氨自动无法正常投入，完全依靠运行人员手动控制，无法准确控制脱硝出口NOx排放浓度，也增大了运行人员的工作强度。

下面对脱硝喷氨自动控制系统存在的问题开展深入分析并优化。

1 SCR脱硝基本原理燃煤电厂锅炉产生的NOx主要来源于燃料型NOx和热力型NOx。

根据NOx生成机理，控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量防止NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。

SCR技术是应用最为广泛的烟气脱硝技术，采用NH3作复原剂，烟气中NOx在经过SCR反应器时，在催化剂的作用下被复原成无害的N2和H2O。

烟气中的NOx 主要有NO和NO2，其中NO占95%左右，其余的是NO2。

要实现高效率脱硝，喷氨流量的控制至关重要。

若喷氨量超过需求量，则NH3氧化等副反应的反应速率将增大，降低NOx的脱除效率，同时形成有害的副产品，即硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸氢铵NH4HSO4，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀;若喷氨量小于需求量，则反应不充分，造成NOx排放超标。

SCR烟气脱硝喷氨流量及其自动控制优化摘要：介绍了脱硝喷氨流量计的改进，并对喷氨自动逻辑进行了论述，提出了优化喷氨自动的方法。

关键词：脱硝；喷氨流量；自动控制Abstract: the article introduces the denitration spray ammonia flowmeter of improvement, and spray ammonia automatic logic is discussed, and puts forward optimum method of automatic spray ammonia.Keywords: denitration; Spray ammonia flow; Automatic control0引言太仓港协鑫发电有限公司4×300MW机组脱硫脱硝改造工程由2010年11月开工，2011年12月全部完工。

其中脱硝改造工程采用SCR（选择性催化还原法）方法，SCR催化剂布置采用2+1方式，2层运行，1层备用。

二层催化剂设计脱硝效率65%。

脱硝工程投运后，先后出现了喷氨流量计测量不准和喷氨自动无法投入的问题，经过热工人员的仔细研究，对喷氨流量计进行换型改造；对喷氨自动逻辑进行优化，在生产中取得了良好的效果。

1 喷氨流量测量改进1.1 存在问题原设计喷氨流量计采用涡街流量计，测量一直不准确，主要现象是测量值忽大忽小，经常为0，喷氨流量几乎失去监视。

流量计现场安装示意图如下:图1 喷氨流量计安装示意图涡街流量计参数如下：型号：ABB FV4000 VT41通径：DN40流量范围：30-3901.2问题分析涡街流量计基于卡门涡街原理，涡街流量计测量出来的是体积流量，仅与介质的流速有关，与介质的压力、粘度等参数无关。

加装温度、压力传感器后，可以将体积流量换算为质量流量。

现场检查以下几点进行：⑴检查涡街流量计安装是否满足要求。

流量计前有同心收缩闸阀时，前直管段应至少为15D(D为公称直径)，流量计有调节阀的，流量计后直管段应至少为10D，现场测量涡街流量计前直管段95mm,后直管段240mm，前、后直管段不满足要求。

脱硝系统喷氨优化调节技术随着火电厂最新大气污染排放标准的颁布及煤电节能减排升级与改造行动计划的实施，燃煤电厂必须更加严格地控制烟气中NOx的排放量。

选择性催化还原（SCR）脱硝技术因脱硝效率高且运行稳定可靠，而被广泛应用于燃煤电厂。

脱硝效率和氨气逃逸率是衡量SCR脱硝系统运行是否良好的重要依据。

标签：脱硝系统;喷氨优化1 前言SCR脱硝系统是在一定温度范围内，在催化剂的作用下实现还原剂（氨）对烟气NOx的脱除反应，副产物为N2和H2O. SCR脱硝系统中的喷氨格栅可促使氨气和烟气在进入SCR反应器前充分混合。

喷氨不均会降低脱硝性能，喷氨过量时氨逃逸量会增大，形成的硫酸氢氨等物质易造成空气预热器堵塞和冷段腐蚀，喷氨不足时会降低脱硝效率。

2 喷氨格栅对脱硝运行的影响喷氨格栅技术作为目前SCR脱硝喷氨应用最多的技术，其喷氨效果决定了催化剂层氨氮分布情况，直接影响脱硝系统的反应效果。

通常所说的喷氨不均，准确地说，指的是喷氨格栅供氨后烟气中的氨氮摩尔比分配不均，即脱硝系统各反应区域的氨量未按预期的氨氮摩尔比进行分配，而不是喷氨量的分配不均。

只有在烟气流场及NOx浓度场绝对均匀的情况下，才要求喷氨量的均匀分配。

在实际工况下，由于催化剂层各个位置流速不同、NO2浓度不同、催化剂实际性能不同，导致实际需要脱除的NOx量以及处理能力不同，进而实际氨需用量也不尽一致。

脱硝运行中，实际喷氨量与氨需用量的不匹配，是导致局部喷氨过量、氨逃逸高、NOx浓度场不均等问题的主要原因。

喷氨过量造成脱硝效率过高，使得出口NOx浓度出现极低值，同时未能参与反应的氨形成大量氨逃逸，进而引发空预器腐蚀堵塞问题;喷氨不足则导致脱硝效率低，出口NOx浓度偏高，易导致排放浓度超标。

由于脱硝系统对NOx浓度、氨逃逸浓度的监测绝大部分采用单点测量方式，因此在喷氨不均的情况下，极易出现监测数据与实际反应状况不一致的现象，主要体现为脱硝出口与总排口NOx浓度差异大、喷氨量与脱硝效率不匹配、氨逃逸数据低而空预器堵塞严重等情况，严重影响运行人员对脱硝运行状态的判断及调整。

脱硝喷氨自动控制系统现状及优化本文表达了华电***发电公司两台2X670MW机组脱硝喷氨自动控制系统，分析了喷氨自动控制系统存在的问题，通过对喷氨自动控制方式和系统设备的不断改良，采用PID 控制参加前馈、动态调整喷氨调门开度等方式，实时调控喷氨量，有效控制出口氮氧化物排放的合理性，确保脱硝系统的安全稳定运行。

关键字：脱硝系统；自动调节；PID控制；过程优化随着我国环保要求的逐渐提高，火电超低排放工作进展迅速。

各大型燃煤火电企业对锅炉开展脱硫、脱硝、除尘装置的建设和改造，脱硫脱硝发展迅速，技术工艺逐渐成熟，但仍有大量问题存在。

《煤电节能减排升级与改造行动计划（20**-20**年）》规定东部地区新建煤电机组大气污染排放基本到达超低排放限值-烟尘、SO2、NOX排放浓度分别不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，相较之前的NOX排放浓度不高于100mg/m3提出了更***求。

持续以往的脱硝技术，已明显不能满足更加严格的烟气出口氮氧化物的排放标准，燃煤机组烟气脱硝系统的优化亟待提高。

1、SCR系统工作原理1.1燃煤企业大都采用选择性催化复原工艺SCR （SelectiveCatalyticReduction）。

将氨类（NH3）复原剂喷入烟气中，与稀释风在混合器中稀释后进入反应器，利用催化剂（铁、钒、铬、钴或钼等金属）在温度200~450℃时将烟气中的NOX转化为氮气（N2）和水（H2O），到达除去氮氧化物的目的，效果明显。

主要反应方程式为：4NH3+4NO+O2->4N2+6H2ONO+NO2+2NH3->2N2+3H2O脱硝系统运行时关键的动态参数为喷氨量。

氨气的喷入量是根据脱硝出口氮氧化物浓度及要求的脱硝效率，在动态下找到最正确喷氨量，实时调整喷氨调节门的开度，确保烟气脱硝效率，增强脱硝系统的可靠性、连续性以及经济性。

喷氨调节门的开度不合理，喷氨量少造成脱硝效率过低，出口氮氧化物排放超标；喷入过多氨气不但增加脱硝运行成本，还会造成氨逃逸（氨逃逸率小于3ppm），未参加化学反应的氨气与烟气中的SO3反应生成硫酸氢氨，附着于催化剂或者飞灰从反应器的出口被带入下游的空气预热器换热面上方，造成催化剂失效、空预器堵塞，还会引起尾部烟道积灰。

燃煤电厂脱硝喷氨自动控制系统存在问题及优化方案摘要：随着我国对环境保护政策要求的逐年提高，火电机组排放烟气中的NOx已纳入严格监管，选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)的烟气脱硝技术因其具有很高的脱硝率、技术可靠、结构简单等优点已成为燃煤电站锅炉控制 NOx排放的主要选择。

脱硝控制系统的关键参数是喷氨量，喷氨量及其控制方式直接关系到电厂NOx排放浓度、装置的脱硝效率及氨逃逸率等指标。

为了开展燃煤电厂脱硝喷氨控制系统的研究，首先分析了传统脱硝系统控制方式以及存在的问题，接着从流场均匀性、出入口NOx浓度、控制策略等3个角度提出相应的优化方案。

通过研究，以期为当前燃煤电厂SCR脱硝系统控制方法存在的问题提供优化的方向。

关键词：选择性催化还原法；脱硝喷氨优化；控制策略；流场；PID0 引言随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，能源绿色转型持续推进，可再生能源装机突破10亿千瓦。

2021年，全国全口径火电装机容量13.0亿千瓦，其中，煤电11.1亿千瓦，同比增长2.8%，占总发电装机容量的比重为46.7%。

当前能源消费结构以煤电为主的传统模式向以新能源为主的模式转型，但仍然以煤电为主。

煤炭在燃烧过程中产生大量的氮氧化物（NOx），NOx的排放给生态环境和人类带来严重的危害，2015年12月，国家发布超低排放改造实施方案，要求全国具备改造条件的燃煤电厂进行超低排放改造，改造后的NOx排放量控制在50mg/Nm3范围内[1-3]。

选择性催化还原烟气脱硝技术因其具有很高的脱硝率、结构简单且氨气逃逸率小等优点已成为燃煤电站锅炉控制 NOx排放的主要选择[1]。

通过SCR脱硝反应机理分析，SCR脱硝效率受烟气流速、催化剂特性、喷氨量等多种因素影响，喷氨量的多少是其重要的影响因素之一，对于控制脱硝反应器出口NOx的浓度至关重要。

SCR烟气脱硝控制系统是控制喷氨量的重要系统，能够保障脱硝系统的安全稳定运行，满足脱硝系统性能指标的重要组成部分[4]。

SCR脱硝自动控制智能喷氨优化随着社会的发展，科学技术的迅猛进步，自动化水平进一步提高，对火电机组的自动化水平也提出了更高的要求，自动控制技术在火电机组中的应用极大的减少了人力资源，降低了劳动者的劳动强度，提高了生产的经济性。

近几年，国家对燃煤电厂烟气排放标准日益趋严，超低排放后的深度减排，使燃煤机组的一些设备不堪重负，脱硝喷氨的自动控制技术有待提高。

本文主要介绍了脱硝自动喷氨的控制技术以及提高喷氨均匀性的改造措施，详细分析了生产过程中自动喷氨控制存在的问题，产生的原因，提出了有效的解决方案，并应用到实践中，取得了良好的效果。

关键字：自动控制喷氨均匀性氨逃逸空预器堵塞1 引言国家环保形式趋于严峻，随着国家大气污染法规标准越来越严格，冀气领办〔2018〕156号《河北省钢铁、焦化、燃煤电厂深度减排攻坚方案》要求：电厂燃煤锅炉（除层燃炉、抛煤机炉外）在基准氧含量6%的条件下，燃煤电厂氮氧化物排放浓度不高于30mg/m3。

目前我公司执行标准为国家发改委、环境保护部、国家能源局联合下发“《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号），明确要求现役30万千瓦及以上公用燃煤发电机组，实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物、二氧化硫、烟尘排放浓度限值分别不高于50mg/m3、35 mg/m3、10 mg/m3）。

随着国家大气环境治理的力度逐步加大，燃煤电厂NOX浓度已降至小时均值不超过30mg/m?，加之国家产业政策的调整各电厂受燃煤成本压力，入厂煤采购形式多样，入炉煤均采用多种煤掺烧入炉，造成锅炉脱硝入口NOX大幅波动，SCR脱硝喷氨自动调节系统普遍存在震荡、延迟大、跟踪慢、过调或欠调等问题，同时由于我公司SCR脱硝喷氨格栅设计不合理，导致SCR脱硝入口NOX 与HN3混合不充分，SCR脱硝出口NOX采用直线型三点取样，使SCR脱硝出口NOX浓度值不具备代表性，导致SCR脱硝喷氨自动控制投入率低、氨逃逸增大、空预器堵塞严重等问题。

影响脱硝喷氨自动调整的因素及对策
1.氨氮浓度波动：脱硝喷氨自动调整的关键指标是氨氮浓度，但由于原料供给的不稳定性，氨氮浓度容易出现波动。

这会导致脱硝系统的调整误差，影响脱硝效果。

针对这个问题，可以增加氨氮浓度监测仪的精度和稳定性，确保准确监测厂内氨氮浓度，并通过自动调整控制阀门和液位控制来平稳供给氨氮。

2.气体温度变化：脱硝过程中，氨气与烟气的混合温度会影响脱硝效果。

而气体温度的变化会导致反应速率的变化，影响脱硝的稳定性。

为了解决这个问题，可以在气体混合段增加温度调节装置，保持稳定的混合温度，并通过温度传感器和控制阀门来实现自动调整。

3.反应时间不足：脱硝喷氨反应时间过短会导致氮氧化物的去除效果不理想。

这可能是由于反应器设计不合理或喷氨量不足造成的。

改进措施可以包括增大反应器容积、调整喷氨位置和增加喷氨量等，以保证充分的反应时间。

4.氨氮供给不足：如果氨氮供给不足，可能导致脱硝效果下降。

这与原料供应不稳定、管道堵塞等问题有关。

为了解决这个问题，可以设置一个氨氮容量的监测和报警装置，及时发现供给不足的情况，并通过增加氨氮供给的管道和增加喷氨设备等来解决。

5.氨氮浓度超标：若氨氮浓度超过规定的排放标准，可能会导致环境污染。

这可能是由于操作不当或氨氮供给过剩导致的。

需要通过对氨氮供给系统进行调整，减少氨氮的喷入量，并加强对脱硝过程的监控和控制，以确保氨氮浓度始终在合理范围内。

综上所述，脱硝喷氨自动调整的因素及对策有很多，需要综合考虑原料供给、温度变化、反应时间等因素，并通过优化设计和增加自动控制系统来确保脱硝效果的稳定和可靠。